未來電網(wǎng)
綠色、安全與經(jīng)濟(jì)必須考量
資源緊張、環(huán)境污染、氣候變化，這三大人類共同面對的問題，不斷加劇著生存的緊迫感，也推動世界能源生產(chǎn)消費轉(zhuǎn)型的巨輪加速轉(zhuǎn)動。關(guān)于能源變革的呼吁由來已久，小到個人的節(jié)約行為，大到國家的發(fā)展戰(zhàn)略，走綠色可持續(xù)發(fā)展的道路已經(jīng)達(dá)成全球共識。在剛剛開幕的里約奧運會的開幕式上，當(dāng)寓意森林的綠色五環(huán)緩緩從地面“長出”時，我們都能感受到一個國家對于綠色發(fā)展的深刻認(rèn)知和熱切呼喚。
會議上，江蘇電網(wǎng)今夏負(fù)荷屢創(chuàng)新高的消息獲得關(guān)注。得益于特高壓工程，西部的清潔電不斷地輸送到江蘇這個負(fù)荷大省。有數(shù)據(jù)表明，江蘇使用的每4度電中，就有1度電是來自西部的清潔電。
“來的是遠(yuǎn)方清潔電，使本地煤電發(fā)電量減少，意味著霧霾也相應(yīng)減少了四分之一?！甭牭竭@個消息，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院名譽院長、中國工程院院士薛禹勝非常欣喜，“這一切如果沒有堅強(qiáng)電網(wǎng)的支撐，不可能實現(xiàn)長距離電能傳輸。輸電線路太重要了，怎樣做好維護(hù)工作，使它在任何情況下都不會影響民眾用電需求，是值得研究的問題?！?/p>
毫無疑問，可再生能源已經(jīng)進(jìn)入人們的生活。屋頂上的光伏板，海邊建起的風(fēng)電場，當(dāng)越來越多“不聽話”的可再生能源發(fā)電接入電網(wǎng)，對未來電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。
“隨著人口增長、電動汽車和可再生能源的發(fā)展，需要建設(shè)更具彈性、安全、可靠、高效的電網(wǎng)，以滿足社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需要?！彪姎馀c電子工程師學(xué)會電力與能源協(xié)會秘書長、美國聯(lián)邦能源監(jiān)管會高級顧問卞建華說。
如何在輸配系統(tǒng)中有效使用可再生能源？如何更好地實現(xiàn)可再生能源電力的遠(yuǎn)程輸送？如何可靠和高效地管理微網(wǎng)？儲能如何為可再生能源的間歇性提供完整的解決方案？配電系統(tǒng)運營商的福利和條件是什么？這些將是未來電網(wǎng)面臨的問題。
對未來大電網(wǎng)安全性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)注，是此次會議的重頭戲。專家們介紹了許多前沿技術(shù)，用于降低多種電源接入電網(wǎng)后帶來的風(fēng)險。美國工程院院士安然˙博斯從輸電、配電、用電三個層面提出為保障電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠運行需執(zhí)行的相應(yīng)措施；英國曼徹斯特大學(xué)教授弗拉基米爾˙特茲亞分享了英國電力系統(tǒng)大停電的防御對策；德國TUV萊茵集團(tuán)專家德克˙羅伊夫斯特克分享了德國智能電網(wǎng)通信、信息安全和檢測的相關(guān)經(jīng)驗……
仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)建模、綜合防御體系、虛擬同步機(jī)等技術(shù)支撐讓電網(wǎng)更加靈敏和智能，技術(shù)的成熟也為可再生能源開發(fā)及使用成本的降低奠定了基礎(chǔ)。
“應(yīng)該不斷降低成本，使可再生能源發(fā)電與煤電價格相比具有同等競爭力。”薛禹勝院士表示，安全性和經(jīng)濟(jì)性是必須考量的因素，舉例來說，現(xiàn)在美國的光伏發(fā)電約4美分1度電，如果價格進(jìn)一步降低，將給可再生能源帶來更大的發(fā)展空間。
因地制宜
一攬子解決方案更受歡迎
智能電網(wǎng)概念起源于美國，其重點在于提升電網(wǎng)安全可靠性，歐洲注重可再生能源接入的環(huán)保問題，韓國則借用IT技術(shù)優(yōu)勢推動“綠色電力IT”項目。相比之下，我國則是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用先進(jìn)的通訊、信息和控制技術(shù)，構(gòu)建以信息化、自動化、數(shù)字化為特征的堅強(qiáng)智能電網(wǎng)。
雖然側(cè)重點不同，但各國都根據(jù)本國實際情況，探索最合適的未來電網(wǎng)發(fā)展道路。
以巴西為例，與中國一樣，巴西也存在著能源中心與負(fù)荷中心分布不均衡的狀況。巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)邦大學(xué)教授毛里齊奧˙阿雷德斯表示，這種能源資源稟賦決定了大容量遠(yuǎn)距離交直流輸電技術(shù)在巴西電網(wǎng)中的必要性，由此帶來的電網(wǎng)保護(hù)和調(diào)度運行控制問題，則是他們重點研究的方向。
在英國，大規(guī)模分布式能源接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)運營者同樣面臨著頻率管理、電壓管理等方面的挑戰(zhàn)。英國國家電網(wǎng)公司代表張勝祥分析了未來電網(wǎng)運行框架，提出由調(diào)度機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)全網(wǎng)所有資源來滿足電力系統(tǒng)的要求，給出需求側(cè)管理、提高發(fā)電靈活性、電網(wǎng)互聯(lián)等解決方案。
在中國，國家電網(wǎng)公司在可再生能源技術(shù)方面的實踐，給國際電工委員會前副主席恩諾˙里斯留下了深刻印象。“國家風(fēng)光儲輸示范工程中，各種不同的儲能系統(tǒng)安裝在實驗室里，通過對比分析確定其適合發(fā)展的領(lǐng)域，這確實令人印象深刻?！?/p>
隨著智能電網(wǎng)技術(shù)實踐逐步落地，人們充分認(rèn)識到，這將是未來解決能源問題的關(guān)鍵點，它將以最小的環(huán)境和資源成本，更加高效、便捷地滿足日益增長的電力需求。同時，智能電網(wǎng)是環(huán)環(huán)相扣的復(fù)雜整體，只有多種技術(shù)共同發(fā)展，不斷探究各種可能性，才能更好地適應(yīng)未來變化。
“在我看來，儲能是未來電網(wǎng)非常重要的一門技術(shù)，不知道這個問題您怎么看？”會議上，面對觀眾的提問，美國國家可再生能源實驗室電力系統(tǒng)工程中心主任本˙克羅伯斯基傳遞了這樣一個理念，他認(rèn)為儲能的確是未來電網(wǎng)解決方案中的一種，但卻不是唯一的解決方案。作為研究人員，應(yīng)全面考量各種可能性，選出最合適的電網(wǎng)解決方案。這與薛禹勝院士的觀點不謀而合。
“解決能源問題不是單靠某種解決方案就能實現(xiàn)的?！毖τ韯僭菏吭诮邮懿稍L時表示，當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展面臨諸多挑戰(zhàn)，比如多種電源出力平衡與互補的問題，提升負(fù)荷預(yù)測能力的問題及電動汽車如何更加智能化、雙向互動的問題。他表示，未來電網(wǎng)的變革性發(fā)展，必須形成一個全面的解決方案，將所有可能應(yīng)用的技術(shù)充分融合，同時用盡可能小的經(jīng)濟(jì)成本，發(fā)掘電網(wǎng)發(fā)展的更多可能性。
創(chuàng)新探索
讓智能電網(wǎng)走在世界前列
當(dāng)前，中國全面實施創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略，提出建設(shè)世界科技強(qiáng)國的目標(biāo)，中國倡導(dǎo)推動構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，在世界范圍引起廣泛關(guān)注，形成重要共識。能源互聯(lián)的大趨勢，為清潔能源快速發(fā)展帶來機(jī)遇，也促進(jìn)相關(guān)技術(shù)研究和國際交流的廣泛開展。
“在大電網(wǎng)運行控制方面，中國已經(jīng)走在世界前列?！蹦先鸺瘓F(tuán)負(fù)責(zé)人在接受采訪時自信滿滿。這源于技術(shù)創(chuàng)新的底氣。本次會議依托的南瑞集團(tuán)國家重點實驗室是我國第一個智能電網(wǎng)保護(hù)與運行控制方面的重點實驗室，圍繞繼電保護(hù)、安全穩(wěn)定、智能調(diào)度和變電站自動化等四個方向，攻克了智能電網(wǎng)諸多關(guān)鍵技術(shù)和運行中的重大技術(shù)難題。
今年7月，由南瑞集團(tuán)承擔(dān)的我國首個系統(tǒng)保護(hù)試點工程——“華東電網(wǎng)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)”投入運行，有效保障了華東電網(wǎng)汛期西南清潔能源大送電期間的安全穩(wěn)定運行。以該項目在江蘇實施的國內(nèi)首套大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)為例，將大電網(wǎng)的事故應(yīng)急處理時間從原先的分鐘級提升至國際領(lǐng)先的毫秒級，傳統(tǒng)電網(wǎng)緊急事故情況下“一刀切”停電的時代一去不復(fù)返。
技術(shù)創(chuàng)新讓電網(wǎng)更加安全與智能。近年來，國家電網(wǎng)公司大力推動全球能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建，持續(xù)開展全球能源互聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)研究，電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制、大電網(wǎng)運行狀態(tài)感知和故障診斷等技術(shù)取得重大進(jìn)展。實現(xiàn)電網(wǎng)實時監(jiān)測從穩(wěn)態(tài)到動態(tài)、電網(wǎng)分析從離線到在線、電網(wǎng)控制從單獨到協(xié)同、電網(wǎng)調(diào)度從局部到全局的重要技術(shù)進(jìn)步。
同時，在長距離大容量輸電技術(shù)上，中國也處于世界領(lǐng)先水平?！俺邏汉吞馗邏褐绷鬏旊娫谥袊拈L距離輸電中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，最高電壓等級已達(dá)1100千伏?！眹摇扒擞媱潯睂＜也芫硎荆袊呀?jīng)掌握了特高壓直流和VSC直流大部分應(yīng)用和測試技術(shù)，中國提出的全球和洲際能源互聯(lián)也已展開工作。
技術(shù)創(chuàng)新的豐碩成果，是國際交流合作繁榮局面的保證。在IEC標(biāo)準(zhǔn)制定方面，中國身影非常活躍。國際電工委員會前副主席恩諾˙里斯在演講中提到的數(shù)字令人記憶猶新，迄今約有400位中國專家參與了IEC標(biāo)準(zhǔn)化工作。
未來的電網(wǎng)究竟什么樣，在技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，任何可能性都存在。傳統(tǒng)電網(wǎng)的蛻變，需要一個過程。但我們相信，通過各方努力，未來電網(wǎng)終將以安全、清潔、高效、智能的姿態(tài)，為人們送上更加便捷貼心的服務(wù)，引領(lǐng)人類在可持續(xù)發(fā)展的綠色道路上不斷前行。
